伺服电机及其调速.ppt

4.1 进给伺服系统的概述（1学时）4.2 伺服电机及其调速（3学时） 4.3 位置检测装置（2学时） 4.4 进给伺服系统的分析（1学时） 4.2 伺服电机及其调速 一 步进电机的结构与工作原理 二 直流伺服电机及其调速 三 交流伺服电机及其调速 二 直流伺服电机及驱动 直流电机的工作原理是建立在电磁力定律 基础上的，电磁力的大小正比于电机中的气 隙磁场，直流电机的励磁绕组所建立的磁场 是电机的主磁场。按对励磁绕组的励磁方式 不同，直流电机可分为：他励式、并励式、 串励式、复励式、永磁式。20世纪80~90 年代中期，永磁式直流伺服电机在NC机床中 广泛采用。 1 直流伺服电机基本原理 直流伺服电机与一般直流 电机的基本原理是完全相同 的，如图所示，电机转子上 的载流导体(即电枢绕组)在定 子磁场中，受到电磁转矩M 的作用，使电机转子旋转。 M=kTIa(kT=CM?) 2 直流伺服电机调速方法 调节电机的转速的方法： (1)改变电柜电压U； (2)改变磁通量?，即改变ke的值。改变 激磁回路的电阻Rj以改变激磁电流小可 以达到改变磁通量由的目的； (3)在电枢回路中串联调节电阻Rt。 3 直流伺服电机的可控硅调速系统 可控硅(晶闸管)直流调速系统，由电流调节 回路(内环)、速度调节回路(外环)和可控硅整 流放大器(主回路)等部分组成，如图所示。 3 直流伺服电机的可控硅调速系统 来自控装置的速度指令电压Up，一般0~10V 的直流电压．与速度反馈电压UG(由测速发电 机或脉冲编码器检测并经变换而得)比较后、 其偏差值送到速度调节器ST的输入端，速度 调节器的输出就是电流指令信号Ui， Ui与电 流反馈信号Ui’(由霍尔元件检测器测出并经变 换而得)比较后，经电流调节器LT输出Uk到触 发电路，产生主回路中晶闸管的触发脉冲， 通过脉冲分配器去触发相应的晶闸管。 可控硅直流调速主回路 4 直流伺服电机的脉冲调宽调速系统 直流伺服电机的脉冲调宽调速系统的原理如 图所示．它是一个双闭环的脉宽调速系统。系 统的主电路是晶体管脉宽调制放大器PWM， 此外还有速度控制回路和电流控制回路 4 直流伺服电机的脉冲调宽调速系统 测速发电机或脉冲编码器TG检测电机的速度并变 换成反馈电压UG与速度给定电压Up在速度控制器ST 的输入端进行比较，构成速度环。电机的电枢电流由 霍尔元件检测器测量，并输出反馈电压从与速度控制 器的输出电压Ui*在电流控制器LT的输入端进行比 较，这样构成电流环。电流控制器的输出UC是经变换 后的速度指令电压．它与三角波UT经脉宽调制电路 C，调制后得到调宽的脉冲系列，它作为控制信号输 送到晶体管脉宽调制放大器PWM各相关晶体管的基 极，使调宽脉冲系列得到放大，成为直流伺服电机电 枢的输入电压。 直流脉宽调制信号 晶体管脉宽放大器 三 交流伺服电机及驱动 　　　在交流伺服系统中，按电机种类可分为同步型和异步型（感应电机）两种。数控机床进给伺服系统中多采用永磁式同步电机，同步电机的转速是由供电频率所决定的，即在电源电压和频率固定不变时，它的转速是稳定不变的。由变频电源供电给同步电机时，能方便地获得与频率成正比的可变速度，可以得到非常硬的机械特性及宽的调速范围。 交流主轴电机多采用交流异步电机，很少采用永磁同步电机，主要因为永磁同步电机的容量做得不够大，且电机成本较高。另外主轴驱动系统不象进给系统那样要求很高的性能，调速范围也不要太大。因此，采用异步电机完全可以满足数控机床主轴的要求，笼型异步电机多用在主轴驱动系统中。 矢量控制理论最先是在1971年由德 国学者F.Blachke提出的。在伺 服系 统中，直流伺服电机能获得优良的动态 与静态性能，其根本原因是被控制量只 有电机磁场和电枢电流Ia，且这两个量 是独立的。此外，电磁转矩： 与磁通Φ和电枢电流Ia分别成正比关系。因此，控制 简单，性能为线性。如果能够模拟直流电机，求出交 流电机与之对应的磁场与电枢电流，分别而独立地加 以控制，就会使交流电机具有与直流电机近似的优良 特性。为此，必须将三相交变量（矢量）转换为与之 等效的直流量（标量），建立起交流电机的等效模 型，然后按直流电机的控制方法对其进行控制。 电机选择步骤 1 确定运动机构 2 加减速时间、匀速时间、停止时间、循环时间和移动距离。 3 计算负载惯量和惯量比 4 计算转速 5 计算转矩 6 选择电机 * * * * 第四章 进给伺服系统 反向电动势：Ea=ken(ke=Ce?) 电枢电压：U=Ea+IaRa 电机转速：n=（U-IaRa）/Ce?